[其他]碳块多向紧压成型法及其设备

说明书

本发明涉及碳块多向紧压成型法及其设备，更具体但并不限定性地说来，是Hall-Héroult法电解制铝所需阳极的成型法及其设备。

目前用于制铝的碳块如阳极是采用锤压、挤压、振动捣实或振动挤压由碎焦炭（和/或无烟煤）填料和沥青或焦油混成的碳糊而制成的。

上述四种方法均基于同一原理：于120～140℃下将碳糊引入不变形模具（称为“oedometric”）并在其上施加压力或一系列基本上垂直的应力。施加应力即“加载”可为一次操作（挤压法一般如此）或多次操作即在某些情况下依次进行两次或三次挤压操作直至振动捣实法的几百次操作。

不同情况下力的大小各不相同如挤压机一次操作为28MPa，二次操作为2×18MPa，而用振动捣实机为0.5～2.5MPa。但各种情况下的紧压程度由焦油成分确定即焦炭粒中颗粒间的焦油达到饱和状态或在焦油成分不足情况下的紧压程度为焦炭粒相互接触而不能进一步靠紧为止。因此单向紧压即单一方向上加力要受到具体条件的限制，致使紧压材料的表观密度不会超过某一值。

本发明涉及多向紧压法及其设备，其中包括依次于不同方向向材料施加压力以使填料颗粒按顺序渐次排列，从而保证构成填料的颗粒形状和粘结成分允许的最大空间填充。

更具体地讲，本发明的第一方面涉及的是由主要包括碳质填料如焦炭，无烟煤或石墨，可焦化的有机粘结剂如焦油以及必要时的其它添加剂的碳糊构成的碳块的多向紧压成型方法，其特征是将碳糊引入模具中，该模具的某些壁板可相对其初始位置可逆地移动并依次分别沿轴An向碳糊施加至少一个应力δn，然后沿轴An的非重合轴An+1施加至少一个应力δn+1，之后再沿轴An+1的非重合轴An+2施加至少一个应力δn+2等等，且每一应力δ（i）均在应力δ（i-1）至少部分消除后施加。

根据本发明的第一具体实施方案，沿两根相互垂直的轴An和An+1施加应力。

根据本发明的第二具体实施方案，轴An，An+1和An+2构成三直角三面体。

本发明另一方面涉及的是实施多向等压的设备，其中包括模具，其某些壁板可相对其初始位置移动，这种移动最好是在垂直于应力施加方向上平行于包含壁的平面进行。

图1-3表明实施本发明的示意图。

图1说明在第一应力δ₁（如垂直应力）及其后的第二应力δ₂（如垂直于δ₁的水平应力）作用下粘结剂中分散的填料颗粒相互靠紧的移动示意图。

图2为本发明双向等压示意图。

为便于理解而将焦颗粒尺寸放大了。

图3为本发明不同的双向紧压程度示意图。侧壁板移动幅度也放大了以使图示更清楚。

将本发明需紧压碳块放入挤压机的模具如平行六面体模具1中，其中包括固定底板2，两块相对安置的固定刚性侧壁板（图2的剖视图中未示出）以及其它两块于夹具如水力夹具或弹簧4作用下可相对于需紧压碳块移动的侧壁板3。加载期间这些弹性装置4调节和限制活动壁板相互分开的移动，而在第一应力δ₁消除后，这些装置又施加一反作用力使壁板回到原来的位置。因此减低或消除应力δ₁时，这同一装置4也要施加应力δ₂。

埋入粘结剂6中的焦炭颗粒5的重新排列示于图2A、2B和2C。

第一具体实施方案为双向等压，其中包括施加一系列第一应力δ₁及其后于模具1的两块相对安置壁板3上施加的第2应力δ₂。第一应力δ₁可为垂直应力但并不阻止挤压机的活塞水平布置。

第二具体实施方案为三向紧压，其中包括施加一下列例如垂直应力及其后于两块相对安置壁板上的水平应力，然后于另外两块壁板上施加水平应力，之后再施加垂直应力，或者依据另一操作方案，先施加垂直应力并在两块相对安置壁板上施加水平应力，然后施加垂直应力并在另外两块壁板上施加水平应力，之后再施加垂直应力等等。当然挤压机的活塞设置在非垂直方向也不会偏离本发明范围的，特别是设置在水平方向上。

实际上所压材料的性质以及进行上述操作步骤的工业设备的复杂性才是选择这些具体实施方案的关键。